Bacillus thuringiensis

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Bacillus thuringiensis
Description de cette image, également commentée ci-après
Cristaux protéiques d'une forme
sporulée de Bacillus thuringiensis
Classification
Domaine Bacteria
Embranchement Firmicutes
Classe Bacilli
Ordre Bacillales
Famille Bacillaceae
Genre Bacillus

Espèce

Bacillus thuringiensis
Berliner, 1915

Bacillus thuringiensis (abrégé en Bt) est un bacille Gram positif, aérobie et sporulé. On le retrouve dans pratiquement tous les sols, l'eau, l'air et le feuillage des végétaux. Il fait partie d'un groupe de six bacilles, rassemblés sous le terme « groupe Bacillus cereus » : B. anthracis (responsable de la maladie du charbon), B. cereus, B. mycoides, B. pseudomycoides, B. weihenstephanensis et B. thuringiensis.

Bacillus thuringiensis a été isolé en 1901 par le bactériologiste japonais S. Ishiwata à partir de vers à soie qu'il peut infecter et tuer.
La première description scientifique est due à l'allemand Ernst Berliner en 1911.

Description

À l'état végétatif, Bacillus thuringiensis a la forme d'un bâtonnet de 5 µm de long sur 1 µm de large, pourvu de flagelles.
Il se distingue des autres bacilles du groupe cereus par sa capacité à synthétiser et excréter des cristaux mortellement toxiques pour certains insectes. Ces cristaux ne sont pas minéraux, mais protéiques (formés de l'association de plusieurs protéines qui, ensemble ont une propriété insecticide sur les lépidoptères, les coléoptères et/ou les diptères).
Elles agissent en détruisant les cellules de l'intestin moyen de la larve d'insecte atteint par ces toxines, ce qui aboutit à la mort de l'insecte, qui peut alors être consommé par le bacille.
On connaît actuellement plus de 14 gènes codant ces protéines.

Utilisation

Les vertus entomotoxiques de Bacillus thuringiensis ont été à l'origine d'un intérêt agricole, sylvicole et commercial dès les années 1930, mais beaucoup plus marqué à la fin du XXe siècle, notamment avec le développement du génie génétique et de l'agriculture biologique.

Les premières applications de Bacillus thuringiensis dans l'environnement datent de 1933.
Il a été utilisé dès les années 1950 dans les forêts, les champs et les vignobles.
Jusqu'au milieu des années 1970, sa principale application était la lutte contre les lépidoptères défoliateurs dans les forêts et certains papillons parasites des grandes cultures, du maïs notamment.
En 1976, la découverte de deux sérotypes dits israelensis (Bti) et tenebrionis a permis l'ouverture de nouveaux marchés, grâce à une action larvicide sur les moustiques, les simulies et les coléoptères.

Aujourd'hui la bactérie Bacillus thuringiensis est l'insecticide le plus utilisé au monde en agriculture biologique[1],[2].

Avantages et inconvénients

  • La thuringiensine (ou toxines dites Bt) est une protéine cristalline très sensible aux rayons ultraviolets solaires qui la dégradent rapidement, et elle est très instable en phase aqueuse[3] et sa demie-vie diminue quand la température monte[3]. Le Bt utilisé en pulvérisation a donc l'avantage d'être peu rémanent sur les feuilles (un peu plus dans le sol). Ce produit lorsqu'il est d'origine naturelle, est autorisé en agriculture bio, sous forme de poudre.
  • La toxicité du Bt pur pour des animaux à sang chaud n'est pas nulle [4]. Par exemple, la thuringiensine purifiée inhalée présente une toxicité pulmonaire significative chez le rat de laboratoire (souche Sprague-Dawley, traité via l'instillation intratrachéale) chez des, avec 0 ; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2 ; 6,4 et 9,6l mg de thuringiensine par kg de poids corporel. La DL50 aiguë pulmonaire est de 4,4 mg/kg. Et le nombre de cellules inflammatoires et la quantité de lactate déshydrogénase (LDH) dans le lavage broncho-alvéolaire (LBA) augmentent de manière « dose-dépendante »[4]. Avec une dose efficace de 1,6 mg/kg retenue pour l'étude de l'évolution temporelle de la toxicité pulmonaire ; Le poids des poumons a augmenté chez les rats traités, ainsi que le taux d'hydroxyproline pulmonaire et le nombre total de cellules trouvées dans le LBA 2, 4, 7, 14, 28 et 56 jours après le traitement. Par rapport aux témoins, les taux de protéines totales du LBA ont augmenté de 361, 615, 116, 41, 34 et 41%, après respectivement 2, 4, 7, 14, 28 et 56[4]. L'activité de l'enzyme LDH dans le LBA a montré une augmentation significative après 1, 2, 4, 7, 14, 28 et 56 jours, et le taux de fibronectine s'est élevé de 164, 552, 490, 769, 335, 257 et 61%, mais ni le facteur de nécrose tumorale, ni l'interleukine-1 ont augmenté[4]. L'histologie des rats traités était anormale (avec une inflammation bronchiolitique et des alvéoles puis nécroses cellulaires dans les bronches aux jours 1 et 2, avec des zones d'épaississement septal, infiltration cellulaire et dépôt de collagène dans les espaces alvéolaires et intestinaux durant les jours 4 à 5 6. La thuringiensine purifiée présente donc une toxicité pulmonaire chez le rat[4] et le stress oxydatif semble en cause[5]. La thuringiensine peut aussi négativement agir sur l'adenylate cyclase dans le cerveau du rat[6]
  • L'industrie des biotechnologies a produit des plantes transgéniques dite "Bt", c'est-à-dire modifiées par ajout d'un ou plusieurs des gènes codant la toxine insecticide (Cry1Ab) de Bacillus thuringiensis.
    Elles en produisent dans leurs tissus aériens (feuilles et tige), dans leur pollen, mais également dans la sphère racinaire (rhizosphère), d'où le Bt pourrait s'accumuler plus longtemps dans le sol.
  • Risques liés à la persistance ou à la circulation du transgène dans l'environnement ? Le niveau de risque est discuté et il n'existe pas encore de consensus scientifique à ce propos.
    Les bactéries sont dans certaines conditions susceptibles d'intégrer les gènes d'autres bactéries. Les gènes cry1Ab codant la production de protéines (« delta endotoxine ») dans le maïs nord-américain proviennent de B. thurigiensis kurstaki (Btk), bactérie très pathogène pour les papillons. Une étude a évalué la fréquence et la persistance du gène cry1Ab du maïs bt ou du bacille dans les milieux aquatiques, ou à proximité de champs où du maïs Bt a été cultivé.
    L’étude a été précédée d’une validation méthodologique de préparation des échantillons et d’extraction de l’ADN (par PCR) dans différentes matrices (eau, sol, sédiment...). Des eaux de surface et des sédiments artificiellement enrichis avec une quantité connue d’ADN génomique provenant de bacilles ou de maïs Bt ont ensuite été étudiés in vitro, pour évaluer la persistance du gène cry1Ab. Enfin, du sol, des sédiments, de l'eau et d'autres échantillons ont été collectés avant les semis, puis 15 jours après la libération du pollen de maïs, après la récolte mécanique et lors du labour (enfouissement des racines) pour y mesurer la présence de gènes cry1Ab.
    Le gène cry1Ab s’est montré persistant durant en moyenne 21 jours dans les eaux de surface et presque deux fois plus longtemps (41 jours) dans les sédiments. Dans les sédiments argilo-sableux, le gène était encore présent après 40 jours. L’étude a aussi montré que les gènes cry1Ab gènes provenant du maïs transgénique ou de source naturelle sont plus abondant dans les sédiments que dans les eaux de surface. Le transgène cry1Ab est transporté par le courant. Le transgène a été détecté dans la rivière Richelieu et le fleuve Saint-Laurent jusqu’à (82 km en aval de la zone de culture) suggérant de multiples apports de ce gène, ou qu’il est transporté sur de longues distances avant d’être dégradé.
    Le transgène cry1Ab issu du maïs Bt tend à diminuer au fur et à mesure que l’on s'éloigne des cultures de maïs Bt, et il est d’autant plus présent dans les sédiments qu’il l’est dans les eaux de surface (Corrélation significative : R = 0,83; P = 0,04). L’étude[7] a donc conclu que l'ADN de maïs Bt et de Bt persiste dans les milieux aquatiques, et qu’il est présent dans les rivières drainant les zones agricoles et en aval.
  • Persistance de la toxine Bt, avec risque d'impact sur les écosystèmes ?
    Certains chercheurs, dont en France l'écotoxicologue jean-François Narbonne, ont au début des années 2000 alerté sur le fait que ce Bt, en s'accumulant puisse finir par poser problème : toxicité du sol contaminé, accumulation dans les sédiments toxique dans les fleuves et estuaires. On en a d'abord trouvé dans le fleuve Saint-Laurent au Canada, en aval des zones de grande culture, puis Todd Royer, coauteur d’une étude américaine récente (2007) [8] renforce et relaye cette inquiétude aux USA ; Les analyses faites sur 12 sites de l’Indiana (USA) ont en effet montré que les taux de bt deviennent effectivement préoccupants dans les cours d'eau, au point d’affecter certains invertébrés aquatiques jugés bioindicateurs de la qualité des écosystèmes aquatiques (ex : grande phrygane), dont la croissance est affectée par cette toxine, qui tue la phrygane à forte dose. Cette étude, qui a porté sur 12 sites choisis dans l’État de l’Indiana, attribue l’origine de ce Bt aux maïs transgéniques cultivés dans les bassins versants de ces rivières. Ils y libèrent des toxines BT dans l’environnement du bassin versant, d’où elles sont apportées jusqu’aux fossés et rivières par le ruissellement. L'étude évoque notamment pour la première fois le rôle des pollens et des déchets ou résidus de maïs comme source non négligeable de toxines. Ces derniers peuvent s'accumuler, se dégrader et être transportés par l'eau vers le bas des bassins versants. Le pollen du maïs est assez lourd pour ne pas être transporté loin par le vent (sauf tempête printannière)[9], mais ce pollen de forme très arrondie et dépourvu de spicules est facilement emporté par le ruissellement et peut alors se concentrer en certains points (flaques, ornières, fossés, sédiments des cours d'eau). Le poids de pollen émis annuellement par hectare est faible, le nombre de grains de pollen est très élevé et les émissions se font massivement en quelques jours ou semaines, à la fin du printemps et au début de l'été à un moment important pour de nombreuses espèces (reproduction/ponte ou croissance des alevins). Beaucoup d'études ont concerné la dispersion des pollens viables, mais on a peu d'informations sur leur devenir dans l'environnement ensuite.
    Les auteurs notent que le maïs nord-américain est de plus en plus OGM (presque exclusivement), et sa surface s'est encore accrue dans les plaines du Midwest pour produire des agrocarburants. Ce maïs est justement souvent planté à proximité de fleuves et rivières ou de zone irrigables, car c'est une plante particulièrement consommatrice en eau.
    Des tests de nourrissage d'insectes aquatiques avec du Bt, faits lors de cette étude ont montré qu'à faible dose le bt inhibait leur croissance, et qu'à dose plus élevée, il augmentait les taux de mortalité.
  • Ainsi contrairement aux affirmations de l’EPA en 1996 lors de l’autorisation du premier maïs OGM américain, le Bt pourrait avoir des impacts collatéraux sur des espèces non-cibles. Les premiers tests avaient été faits avec des daphnies qui sont des crustacés d’eau douce et qui ne semblent pas affectées par le Bt.
  • Enfin, le risque existe toujours d'apparition de résistances de la part d'insectes ou autres invertébrés qui y seraient constamment exposés.

Sources


Notes et références

  1. ↑ http://guidenaturabio.com/nature_bio_jardin_84.html
  2. ↑ http://www.fao.org/biotech/biotech-glossary/fr/
  3. ↑ a et b Jingwen Zhou, Zhenghong Xu, Shouwen Chen (2013), Simulation and prediction of the thuringiensin abiotic degradation processes in aqueous solution by a radius basis function neural network model ; Chemosphere, Volume 91, 201304-04, Pages 442-447 (résumé)
  4. ↑ a b c d et e San-Fu Tsaia, Bing-Lan Liu, Jiunn-Wang Liao, Jiunn-Shiow Wang, Jenn-Sheng Hwang, Shun-Cheng Wang, Yew-Min Tzeng, Shu-Peng Ho (2003), Pulmonary toxicity of thuringiensin administered intratracheally in Sprague–Dawley rats ; Volume 186, Issue 3, 22 April 2003, Pages 205–216 (abstract)
  5. ↑ San-Fu Tsai, Chi Yang, Bing-Lan Liu, Jenn-Sheng Hwang, Shu-Peng Ho (2006)Role of oxidative stress in thuringiensin-induced pulmonary toxicity ; Toxicology and Applied Pharmacology, Volume 216, Issue 2, 15 October 2006, Pages 347-353 (résumé)
  6. ↑ San-Fu Tsai, Chi Yang, Shun-Cheng Wang, Jiunn-Shiow Wang, Jenn-Sheng Hwang, Shu-Peng Ho (2004), Effect of thuringiensin on adenylate cyclase in rat cerebral cortex ; Toxicology and Applied Pharmacology, Volume 194, Issue 1, 1 January 2004, Pages 34-40 (résumé)
  7. ↑ Occurrence and persistence of Bacillus thuringiensis (Bt) and transgenic Bt corn cry1Ab gene from an aquatic environmentAccès à l'étude, Douville M, Gagné F, Blaise C, André C, Ecotoxicol Environ Saf. 2007 Feb;66(2):195-203. Epub 2006 Feb 24, PMID: 16499967, PubMed - indexed for MEDLINE
  8. ↑ « Toxins in transgenic crop byproducts may affect headwater stream ecosystems, in Proceedings of the National Academy of Sciences », octobre 2007 (voir (en)
  9. ↑ étude sur la dispersion des pollens de plantes cultivées « Pollen dispersal in the crops Maize (Zea mays), Oil seed rape (Brassica napus ssp oleifera), Potatoes (Solanum tuberosum), Sugar beet (Beta vulgaris ssp. vulgaris) and Wheat (Triticum aestivum) » (Soil Association / National Pollen Research Unit,)(en)

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

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